固体火箭发动机的喷管

一引言固体火箭发动机的喷管通过控制排气的膨胀使燃烧室产生的燃气能量有效地转换为动能,因而给飞行器提供推力。飞行器约65～75%的推力是将燃烧室产物在喷管喉部加速到声速所产生的,其余的推力是通过喷管扩散段产生的。通常喷管设计的目的是控制其膨胀程度使整个飞行器的航程和有效载荷在一定的外形、重量和成本的限度内达到最大。因此,喷管是飞行器的组成部分,不能独立于该系统使喷管最佳化。由于这种相互     

法国固体火箭发动机使用的复合材料概述

引言尽可能地减少导弹或运载火箭本身的消极重量,是提高导弹射程或增加运载火箭有效载荷的重要手段。各种纤维增强复合材料的问世,为解决这一问题提供了强有力的武器。纤维复合材料具有高强度、高模量、抗疲劳性能好和易于成型等一系列金属材料所无法比拟的优良性能,是制造固体火箭发动机和其它制品的理想材料。早在六十年代初期,法国就开始用玻璃纤维复合材料取代金属或金属合金材料制造固体     

导弹性能和喷管/可延伸扩散段(EEC)设计变量之间的参数关系

1 引言在战略导弹系统容积受到限制的约束下,设计具有最高性能的发动机装入有效的外壳中,而同时又能满足系统设计和操纵的所有要求,包括载荷、重量和射程的要求,这个问题是很重要的。对导弹性能有很大影响的一个关键设计参数是发动机喷管的膨胀比。在容积有限的条件下,为了要做到大的喷管膨胀比,现实的设计方法是应用可延伸扩散段(EEC)~#。本     

美国研制可延伸喷管的情况综述

要提高导弹的射程(或有效载荷重量),首先要提高发动机的性能。提高固体发动机性能一般从两方面着手:一是减轻结构重量,二是提高推力。二十多年来,美国在提高推力方面,一直很重视提高推进剂的比冲。推进剂比冲提高的曲线就像积分符号一     

侧置火箭对发动机尾喷管的影响研究

某些应用条件下,飞行器需要RBCC发动机提供更大的推力,受飞行器/发动机一体化气动外形约束,冲压流道推力很难大幅提高,不得不提高火箭发动机推力。当火箭推力需求过大时,传统的在隔离段或燃烧室流道内布置火箭发动机的方法受限于狭小的空间约束,火箭发动机设计难度增加,性能降低。为此,提出了一种将火箭发动机布置于冲压发动机尾喷管侧壁的方法,并开展了火箭状态对尾喷管性能影响的初步研究。结果表明:这种布置方式充分利用尾喷管较大的几何空间,火箭射流可在尾喷管内继续膨胀,不仅不会削弱尾喷管的推力性能,甚至可以产生额外的推力增量,且其升力会大幅增加。此外,该方式还可实现火箭发动机大推力和高比冲的较好匹配,其应用也可拓展至RBCC发动机外的相似领域。     

战术火箭/固体火箭发动机一体化优化设计

在综合考虑发动机内弹道性能与火箭外弹道关系的情况下，融内外弹道为一体，系统分析了发动机装药参数，燃烧室设计参数、喷管设计参数、尾翼参数对发动机性能及全弹性能的影响，针对远程战术火箭，建立了火箭总体／固体火箭发动机一体化优化的模型。在所建模型基础上，以火箭弹总体性能最佳目标，对总体和发动机设计参数以及药柱几何参数同时进行优选，完成了九个变量的寻优计算，取得了满意结果。     

计算机辅助固体火箭发动机的初步设计

固体火箭发动机的初步设计需要确立和评估以大量设计参数为基础的数以百计的结构方案,以便得到最佳的发动机。为了快速地精确地完成参数研究,业已研制出固体火箭自动设计程序,本文将给以介绍。本程序可以从给定的设计标准和约束条件出发,根据选定的工艺,设计各种发动机部件,并建立起最终的发动机结构方案。本程序提供充分的几何详图,使能确定每一被研究结构方案的几何尺寸,而毋庸复杂的计算机程序。本文介绍了在给定直径和长度的条件下,射程最大的发动机的参数研究结果,以说明该程序的能力。本程序是探索最佳发动机的有效工具,也可评估发动机性能对所考虑的各种设计参数的灵敏度。它提供足够详细的部件构形,这将大大减少最终选定的发动机的详细设计工作。     

日本的大机动实验飞行器

日本宇宙科学研究所(ISAS)目前正在研制大机动实验飞行器(HIMES)。该飞行器带火箭发动机,可垂直起飞进入弹道轨道,然后再入大气层,进行滑翔,水平着陆。因而叫做弹道飞行不载人可完全重复使用的单级有翼飞行器。 HIMES采用高燃烧压力的液氢液氧火箭发动机,可将500公斤以上的有效载荷带人250公里高空,并能在空中悬停。HIMES的发射总重量为13.8吨,结构重量(即除去燃料和有     

美国研制石墨/环氧发动机壳体

最近,美国对一种六十年代空间飞行器的火箭发动机进行改进,作为两级空射导弹的顶级使用。这种发动机采用石墨/环氧发动机壳体。性能研究结果表明,这种壳体具有很大的优越性。如在承受导弹的较高速度,较大射程和较大飞行高度方面,比现在应用的玻璃纤维/环氧发动机壳体具有更大强度和刚度。用 T300型石墨纤维代替 S901玻璃纤维缠制的发动机壳体,重量减轻     

基于修正Newton法的固体火箭能量管理弹道设计

为满足新型有效载荷的发射要求,需研究满足多终端约束、不同关机能量的固体火箭弹道设计方法。研究了固体火箭耗尽关机的能量管理技术,采用姿态机动能量管理方法,通过在三级偏航通道建立能量管理程序,建立了参数化的飞行程序模型,采用修正Newton法求解多终端约束弹道设计问题。计算结果表明,这种方法可实现不同关机点能量的多终端约束弹道设计。另外,通过不同关机能量滑翔段射程的分析,进一步论证了这种弹道设计方法在新型载荷发射中的价值,该方法简单、可行,有用于工程设计的潜力。     

用于高速战术导弹的几种吸气式推进系统

超音速战术导弹一般采用常规固体火箭发动机,有时也采用液体火箭发动机。随着对导弹的各种新要求的出现,目前越来越重视提高导弹发射装置的生存能力。这种生存能力可以通过增大射程、提高速度或降低可见性等措施来提高。能够通过增大射程和提高速度来改善导弹系统性能的推进系统有如下几种:脉冲式火箭发动机,冲压喷气发动机,涡轮喷气发动机和空气涡轮火箭发动机（或空气涡轮冲压喷气发动机）。本文介绍了几种吸气式推进系统。     

下一代运载火箭将采用固液混合助推器

目前美国正在开发研制下一代运载火箭用的捆绑式固液混合助推器,以提供送入低地轨道更大范围的有效载荷能力(9～22.68t)。据称,固液混合火箭发动机将能解决使用固体发动机所面临的制造、操作方面的许多安全和环境问题。液氧/HTPB混合火箭发动机的比冲(I)基本上与液体发动机的相等,但超过在相同设计条件下所有固体火箭发动机的比冲。美国火箭公司研制固液混合发动机的经验表明,与固体或液体发动机如此,混合发动机的生产成本可降低30％,研制成本降低50％。     

临近空间慢速飞行器载荷概述

随着经济需求与军事需求的牵引和科学技术的进步,临近空间慢速飞行器因其良好的驻留能力和适用于对地观测、通信、打击的大视野和驻留高度,受到广泛关注。文章结合临近空间平流层不受云、雨、雪、雾干扰的气象特点和距离地表高度20~100 km之间的高度特征,分析了临近空间慢速飞行器在有效工作时间、成本、设备工作效果相对于卫星和飞机的优势,以及临近空间慢速飞行器的在飞行速度和飞行高度上的参数约束和目前临近空间慢速飞行器的具体分类。根据临近空间慢速飞行器的负载能力和运动特性对比当前卫星和飞机上实际应用有效载荷种类和有效载荷性能需求,对临近空间慢速飞行器有效载荷进行了讨论。文章着重论证了合成孔径雷达(SAR)有效载荷、可见光有效载荷、红外有效载荷、通信中继有效载荷、武器有效载荷在临近空间慢速飞行器上的可行性和应用优势,分析了临近空间慢速飞行器有效载荷的发展趋势,为临近空间慢速飞行器有效载荷的发展和有效载荷的应用选择提供了参考。     

导弹的整体级方案——系统研究结果

为美国空军研制的导弹整体级方案(ISC),采用一般的结构件将两级火箭发动机组合在一起,从而提高了多级导弹系统的性能,使现有推进系统体积得到更有效的利用,并能得到更高的发动机可靠性和明显地降低制造成本。在以往的几年中,航空喷气战略推进公司(ASPC)曾经研究将整体级方案应用到采用部件设计概念和新材料的几种未来系统上。近期完成的详细研究表明,对于限定体积的系统级性能约提高30%和限定重量的系统级性能约提高15%。本文概述了这些系统的研究结果,所介绍的一些特定系统包括:先进的洲际弹道导弹,空中发射的助推滑翔飞行器,速燃助推器和轨道转移飞行器。最后,讨论了整体级降低成本预估的基础和将来发展的计划。     

固液火箭发动机在远程空空导弹中的应用

为提高远程空空导弹性能,基于不死鸟导弹及其原有固体发动机的基本性能,开展了固液火箭发动机作为动力系统的远程空空导弹方案设计,通过固液火箭发动机的多次启动提高导弹飞行性能。采用多岛遗传算法,设计优化得到了替代不死鸟原固体火箭发动机的固液火箭发动机方案,对发动机总体进行参数化仿真,得到导弹模型,并对导弹进行了气动估算和飞行仿真与分析。结果表明:固液火箭发动机可以显著提升远程空空导弹的射程和速度特性,具有良好的发展前景。     

长征二号E火箭复合材料接口支架

长征二号E运载火箭的上部通过接口支架和卫星相连(图1)。接口支架的作用是支承卫星(包括近地点发动机),实现火箭与卫星的过渡。接口支架的下端通过包带连接系统与火箭相接,在火箭完成推力任务后,通过控制系统将包带解锁,实现卫星与火箭的分离。 接口支架在结构重量上每节约1kg就等于增加1kg有效载荷,所以国内外所有运载工具所采用的接口支架都寻求先进的材料和工艺,以求降低结构重量。     

金属基复合材料的固体火箭发动机点火试验成功

据《高级材料与加工工程科学》1986年5月报导:去年秋天,大西洋研究公司的金属基复合材料发动机壳体首次试车成功。该发动机燃烧了14秒,消耗了725公斤的推进剂,表明此种发动机能承受极高的温度、压力以及导弹发射时产生的振动。固体火箭发动机的研制是飞行动力实验室和LTV航天防御公司共同实施的高级研制计划的一部分,制定该计划是为了证实战术导弹通过使用铝金属基复合材料可使固体火箭发动机的重量、射程和有效载荷得以改进。这一计划从1981年就已经开始实施,它包括:为     

运载火箭

我们把自带全部燃料(含燃烧剂和氧化剂),靠火箭发动机推进,完成探测高层大气,发射人造地球卫星和宇宙飞船、摧毁敌方军事目标和设施的一类使命的飞行器称之谓火箭。它通常由有效载荷、燃料箱、壳体、动力装置、控制系统和稳定装置等部分组成。然而,靠可制导机构把人造卫星、飞行     

固体发动机飞行性能分析与重构

在固体发动机研制过程中,发现利用飞行遥测参数计算的某末级发动机性能结果与基于地面试验的内弹道模型得到的结果存在偏差,这一偏差会影响发动机性能评定乃至火箭射程。对国内外固体火箭发动机飞行性能分析和重构方法及主要的结果进行了分析,对于特定的发动机需固化一种飞行性能重构分析方法,为提高发动机性能重构分析的精度,需要提高发动机喷管喉径烧蚀规律的预示水平,同时需要考虑飞行过程中消极质量变化以及沉积对发动机比冲的影响。最后,对发动机飞行性能分析重构后续需要着重开展的研究提出了建议。     

战术固体火箭发动机按费用优化设计

论述了按费用设计的概念和方法，在５种战术固体火箭发动机制造成本数据统计分析的基础上，以部件重量作为模型参数，建立了适合于战术固体发动机的喷管，装药和壳体成本模型，根据这些成本模型，对某地－空战术导弹火箭发动机以冲费和为目标函数进行按费用优化设计，所得结果通过与实际发动机试车结果及制造成本比较，表明以作为参数的成本模型合理，按费用优化设计技术可行，经济上合理。